KR20030055740A - 버섯형상의 도금층을 구비한 광통신 소자 제작 방법 - Google Patents

버섯형상의 도금층을 구비한 광통신 소자 제작 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광통신 소자 제작 방법에 있어서, 반도체 기판 상에 도금을 실시하기 위한 금속층을 형성하는 제1 금속층 형성단계; 상기 제1 금속층 상에 포토레지스트 층을 형성하고, 상기 포토레지스트 층의 소정 부분을 식각하여 관통홀을 형성하는 사진 식각 단계; 상기 관통홀을 통해 노출된 제1 금속층에 도금을 실시하여 상기 포토레지스트 층보다 두꺼운 버섯형상의 도금층을 형성하는 도금 단계; 상기 도금층 및 포토레지스트 층 상에 제2 금속층을 형성하는 제2 금속층 형성 단계; 상기 포토레지스트 층을 제거하므로써, 상기 포토레지스트 층에 증착된 제2 금속층을 함께 상기 반도체 기판으로부터 제거하는 리프트-오프 단계를 포함하는 버섯형상의 도금층을 구비한 광통신 소자 제작 방법을 개시한다. 상기와 같은 광통신 소자 제작 방법은 도금층 및 제2 금속층 형성을 위한 별도의 포토레지스트 층 형성을 실시하지 않고, 도금층 형성을 위한 포토레지스트 층을 제2 금속층 형성에 이용한 다음 리프트 오프 공정을 실시하므로써, 포토레지스트 층을 한번만 형성하여 공정 시간이 단축되고 자재 절감의 효과를 얻을 수 있다.

Description

버섯형상의 도금층을 구비한 광통신 소자 제작 방법{FABRICATION METHOD FOR OPTICAL COMMUNICATION ELEMENTS WITH MUSHROOM TYPE PLATING LAYER}
본 발명은 광통신 소자 제작 방법에 관한 것으로서, 특히 광통신 소자의 전극을 형성하는 방법에 관한 것이다.
광통신은 전기신호를 광신호로 변환하여 송신하고, 수신된 광신호를 다시 전기신호로 변환하여 통신이 이루어진다. 이때, 송신측 및 수신측에는 각각 레이저 다이오드(LD;laser diode), 포토 다이오드(photo diode) 등과 같은 광통신 소자를이용하여 전기신호를 광신호로 혹은 그 역으로 변환하는 광전변환기를 구성하게 된다. 이때, 광통신 소자는 전기적으로 연결되는 반도체 기판을 포함한다. 따라서, 반도체 기판은 통전성 메탈 등으로 이루어진 전극을 구비해야 한다. 전극이 구비된 반도체 기판은 와이어 본딩(wire bonding) 또는 플립 칩 본딩(flip chip bonding) 공정을 통해 전기적 연결이 이루어진다. 이때, 반도체 기판의 전극 연결 공정에서 반도체 기판에 외력이 가해져 반도체 기판이 손상되는 것을 방지하기 위하여, 반도체 기판 상에 완충층을 형성하고 본딩 패드(bonding pad)와 같은 연결부재를 결합하게 된다. 상기 완충층은 일반적으로 금도금을 이용한 금층(Au-layer)을 형성한다.
도 1a 내지 도 1i는 종래의 광통신 소자 제작 방법을 설명하기 위한 도면으로 특히, 광통신 소자의 완충층이 형성되는 과정을 나타내는 도면이다.
우선 도 1a는 반도체 기판(11)을 나타낸 것으로, 도시되지는 않지만 광통신 소자의 기능에 따라 다수의 박막층들로 이루어진 기판이다.
상기 반도체 기판(11) 금 도금을 위한 씨드층(seed-layer)(12)을 도 1b에 도시된 바와 같이 형성한다. 상기 씨드층(12)은 금속 증착방법을 이용하여 적층된다.
다음으로 도 1c 및 도 1d에 도시된 바와 같이, 상기 씨드층(12) 상에 포토레지스트 층(13a)을 형성하고, 소정 부분을 사진 식각 방법을 이용하여 관통홀(13b)을 형성한다.
상기 관통홀(13b)을 통해 노출된 씨드층(12) 상에 금 도금을 실시하여 도 1e와 같이 도금층(14)을 형성한다. 상기 도금층(14)는 광통신 소자의 완충층이 된다.
상기 도금층(14)이 완전히 형성되면 도 1f와 같이 포토레지스트 층(13a)을 제거하고, 도 1g와 같이 돌출부(15b)를 가지는 포토레지스트 층(15a)을 상기 씨드층(12) 상에 형성한다. 상기 포토레지스트 층(15a)는 상기 도금층(14)의 상면보다 더 높게 형성되고, 상기 돌출부(15b)는 상기 도금층(14) 상으로 돌출된다.
상기 돌출부(15b)를 가지는 포토레지스트 층(15a) 상에 금속 증착 공정을 실시하여, 도 1h와 같이 상기 도금층(14) 및 포토레지스트 층(15a) 상에 각각 금속막(16)을 형성한다. 상기 도금층(14) 상에 형성된 금속막(16)은 상기 반도체 기판의 전기적 접속을 위한 본딩 패드 역할을 하게 된다.
다음으로, 도 1i와 같이, 리프트-오프(lift-off) 공정을 실시하여 상기 포토레지스트 층(15a) 및 상기 포토레지스트 층(15a) 상에 형성된 금속막(16a)을 제거하여 광통신 소자의 전극(17)을 완성하게 된다.
그러나, 종래의 광통신 소자의 완충층 형성 방법은, 도금층을 형성하기 위한 포토레지스트 층과, 금속층 형성 후 불필요한 금속층을 제거하기 위한 포토레지스트 층을 각각 형성하여, 공정이 복잡할 뿐만 아니라, 두 차례에 걸쳐 포토레지스트 층을 형성하므로 생산 원가가 상승하게 되며, 광통신 소자 제작 중 불량율이 증가하는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 목적은 광통신 소자 제작 공정을 간소화하고, 생산 원가를 절감할 수 있는 광통신 소자 제작 방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 광통신 소자 제작 방법에 있어서, 반도체 기판 상에 도금을 실시하기 위한 금속층을 형성하는 제1 금속층 형성단계; 상기 제1 금속층 상에 포토레지스트 층을 형성하고, 상기 포토레지스트 층의 소정 부분을 식각하여 관통홀을 형성하는 사진 식각 단계; 상기 관통홀을 통해 노출된 제1 금속층에 도금을 실시하여 상기 포토레지스트 층보다 두꺼운 버섯형상의 도금층을 형성하는 도금 단계; 상기 도금층 및 포토레지스트 층 상에 제2 금속층을 형성하는 제2 금속층 형성 단계; 상기 포토레지스트 층을 제거하므로써, 상기 포토레지스트 층에 증착된 제2 금속층을 함께 상기 반도체 기판으로부터 제거하는 리프트-오프 단계를 포함하는 버섯형상의 도금층을 구비한 광통신 소자 제작 방법을 개시한다.
도 1a 내지 도 1i는 종래의 광통신 소자 제작 방법을 설명하기 위한 도면,
도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 바람직한 실시예에 다른 광통신 소자 제작 방법을 설명하기 위한 도면.
도 3a 및 도 3b는 도 2a 내지 도 2g에 도시된 광통신 소자 제작 방법을 통해 형성된 도금층을 확대한 사진.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광통신 소자 제작 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 특히 광통신 소자의 완충층 및 전극을 형성하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 2a는 반도체 기판(21)을 준비하는 단계를 나타내는 도면이다. 상기 반도체 기판(21)은 광통신 소자 중 레이저 다이오드(LD;laser diode) 또는 포토 다이오드(photo diode)와 같이 전기 신호를 광신호로 또는 그 역으로 변환하는 소자를 구성하는 기판으로서, 포토 다이오드를 예를 들어 설명하면, 상기 반도체 기판(21)은 다수의 박막층들로 이루어지며, 하부면에 하부 전극과 무반사 코팅을 이용한 수광층을 형성한 베이스기판과, 상기 베이스기판의 상부면에 형성되며, 상기 수광층을 통해 입사된 광에 의해 여기된 전자-전공 쌍이 내부 전기장에 의해 분리됨에 따라 캐리어를 생성하는 흡수층과; 상기 흡수층 상에 적층되며, 내부 전기장에 의해 생성된 상기 캐리어가 이온화 충돌을 통해 새로운 전자-정공 쌍을 생성하는 증폭층과; 상기 증폭층 상에 적층되며, 소정의 관통홀이 형성된 절연층과; 상기 관통홀과 접하는 상기 증폭층 및 상기 흡수층 일부에 소정의 도펀트가 확산된 확산영역으로 구성된다. 상기와 같은 반도체 기판(21)의 층별 구성은 도면에 도시되지는 않는다.
상기와 같이 준비된 반도체 기판(21) 상에 도 2b에 도시된 바와 같이, 제1 금속층(22)을 증착한다. 이는 상기 반도체 기판(21) 상에 하기 도금층(24)을 형성하기 위한 것으로서, 상기 반도체 기판(21) 상에 상기 제1 금속층(22)을 형성하므로써 도금이 용이하게 진행된다.
상기 반도체 기판(21) 상에 제1 금속층(22) 증착이 완료되면, 도 2c 및 도 2d와 같이 포토레지스트 층(23a)을 형성하고, 상기 포토레지스트 층(23a)의 소정 부분을 사진 식각(photo lithography) 방법으로 식각하여 관통홀(23b)를 형성한다. 이때, 상기 포토레지스트 층(23a)의 두께는 하기 형성할 도금층(24)의 두께보다 적어도 2㎛이상 얇게 형성한다. 이는 하기 도금층(24)의 형상을 버섯 모양으로 형성하기 위함이다. 통상적인 도금층의 두께를 본 발명에 적용하자면, 상기 포토레지스트 층(23a)의 두께는 1.5㎛가 적절하며, 하기 도금층(24)은 4㎛로 형성된다.
상기 관통홀(23b)을 통해 노출되는 상기 제1 금속층(22)상에 도금을 실시하여 도 2e와 같이 도금층(24)을 형성한다. 도금 재료로는 금 또는 금과 주석의 합금 금속 등 도금이 가능한 모든 소재를 이용할 수 있으나, 도금 재료의 선정은 광통신 소자 제작 공정 중 특히 플립 칩 본딩 공정에서 반도체 기판에 가해지는 외력을 충분히 완화시킬 수 있는 재료이어야 한다. 상기 도금층(24)은 상기 관통홀(23b) 내에서 도금되는 상태에서는 상기 관통홀(23b)의 형상에 따라 도금이 진행되지만, 상기 도금층(24)의 두께가 상기 포토레지스트 층(23a) 보다 두꺼워지기 시작하면, 도금의 등방성 성질에 의해 상기 관통홀(23b) 외부에서 상기 도금층(24)은 상기 관통홀(23b)보다 그 크기가 더 커져 버섯형상을 가지게 된다.
상기 도금층(24)이 완성되면, 도 2f에 도시된 바와 같이, 제2 금속층 증착(25a, 25b)을 실시하게 된다. 한편, 상기 도금층(24)이 버섯모양으로 형성되므로 상기 도금층의(24) 상부에서 바라보았을 때, 상기 도금층(24)에 의해 일부 가려지는 상기 포토레지스트 층(24a)에는 증착 공정의 특성상 금속층이 형성되지 않는다. 상기 제2 금속층(25a, 25b) 증착 후, 상기 포토레지스트 층(23a)을 제거하는 리프트-오프 공정을 실시하여 상기 포토레지스트 층(23a) 상의 제2 금속층(25a)도 함께 제거한다. 따라서, 도 2g에 도시된 바와 같이, 상기 제2 금속층(25a, 25b)은 상기 도금층(24) 상의 제2 금속층(25b)만 남게 된다. 상기 도금층(24) 상에 증착된제2 금속층(25b)은 상기 반도체 기판(21)의 전기적 접속을 위한 본딩 패드 역할을 하게 된다.
도 3a 및 도 3b는 상기 과정을 통해 제작된 광통신 소자의 도금층(24)을 나타내는 사진이다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 과정을 통해 제작된 광통신 소자의 도금층(24)의 하부(30a)는 포토레지스트 층(23a)에 형성된 관통홀(23b) 형상에 의해 그 형태가 결정되며, 상부(30b)는 상기 관통홀(23b)의 형상에 제한되지 않고 측면으로도 도금층(24)이 성장하여 버섯형상을 갖게 된다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 설명한 바와 같이, 본 발명은 도금을 통해 형성되는 광통신 소자의 완충층을 버섯 모양으로 형성하며, 완충층 상에 본딩 패드를 형성하기 위한 포토레지스트 도포 과정을 별도로 실시할 필요가 없다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러가지 변형이 가능함은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 광통신 소자 제작 방법은, 반도체 기판 상에 도금층을 형성하기 위한 포토레지스트 층을 기 설정된 도금층의 두께보다 얇게 형성하고, 상기 포토레지스트 층 상부까지 버섯모양의 도금층을 형성하므로써, 도금층 상에 본딩 패드 형성을 위한 금속층 증착을 별도의 포토레지스트 층 없이 실시할 수 있게 되었다. 따라서, 종래에 두 번에 걸친 포토레지스트 층 형성 공정이 한 번으로 줄어들게 되어 공정 시간 단축 및 자재 절감의 효과를 얻게 되었다.

Claims (1)

  1. 광통신 소자 제작 방법에 있어서,
    반도체 기판 상에 도금을 실시하기 위한 금속층을 형성하는 제1 금속층 형성단계;
    상기 제1 금속층 상에 포토레지스트 층을 형성하고, 상기 포토레지스트 층의 소정 부분을 식각하여 관통홀을 형성하는 사진 식각 단계;
    상기 관통홀을 통해 노출된 제1 금속층에 도금을 실시하여 상기 포토레지스트 층보다 두꺼운 버섯형상의 도금층을 형성하는 도금 단계;
    상기 도금층 및 포토레지스트 층 상에 제2 금속층을 형성하는 제2 금속층 형성 단계;
    상기 포토레지스트 층을 제거하므로써, 상기 포토레지스트 층에 증착된 제2 금속층을 함께 상기 반도체 기판으로부터 제거하는 리프트-오프 단계를 포함함을 특징으로 하는 버섯형상의 도금층을 구비한 광통신 소자 제작 방법.
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